DE19607207B4

DE19607207B4 - Method for dividing the total rate and the total transmission power of a data stream over several channels of a channel group

Info

Publication number: DE19607207B4
Application number: DE19607207A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Henkel; Robert Dipl.-Ing. Fischer; Johannes Prof. Huber
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2016-02-27
Also published as: US5960003A; DE19607207A1

Abstract

Verfahren zum Aufteilen der Gesamtrate (R_T) und der Gesamtsendeleistung (S_T) eines Datenstroms auf mehrere Kanäle (D') einer Kanalgruppe vorbestimmter Größe (D), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) die mittlere Rauschleistung (N_i) in jedem Kanal wird bestimmt,
b) die über einen Kanal übertragbare Teilrate (R_i) wird für jeden Kanal nach der Gleichung

berechnet, wobei R_i die Teilrate im i-ten Kanal, N_l die mittlere Rauschleistung im 1-ten Kanal, N_i die mittlere Rauschleistung im i-ten Kanal und D' die Anzahl benutzter Kanäle der Kanalgruppe ist,
c) es werden all die Kanäle nicht mehr berücksichtigt, deren in Schritt b) berechnete Teilraten kleiner oder gleich Null sind,
d) die Teilraten der in Schritt c) übriggebliebenen Kanäle werden derart auf ganzzählige Werte (R_iq) gerundet, daß Σ R_i = R_T,
e) die Gesamtsendeleistung S_T wird auf alle Kanäle, die in Schritt c) übriggeblieben sind, derart verteilt, daß sich in jedem Kanal dieselbe Bitfehlerrate...Method for dividing the total rate (R _T ) and the total transmission power (S _T ) of a data stream over several channels (D ') of a channel group of a predetermined size (D), characterized by the following method steps:
a) the average noise power (N _i ) in each channel is determined,
b) the partial rate (R _i ) that can be transmitted via a channel is calculated for each channel according to the equation

calculated, where R _{i is} the partial rate in the i-th channel, N _{l is} the average noise power in the 1-th channel, N _{i is} the average noise power in the i-th channel and D 'is the number of channels used in the channel group,
c) all channels are no longer taken into account whose partial rates calculated in step b) are less than or equal to zero,
d) the partial rates of the channels remaining in step c) are rounded to integer values (R _iq ) such that Σ R _i = R _T ,
e) the total transmission power S _T is distributed over all the channels left in step c) in such a way that the same bit error rate ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufteilen der Gesamtrate und der Gesamtsendeleistung eines Datenstroms auf mehrere Kanäle einer Kanalgruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for dividing the total rate and the total transmission power of a data stream on several channels Channel group according to the generic term of claim 1.

Auf dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung sind Systeme bekannt, die eine hochratige digitale Nachrichtenübertragung ermöglichen. Eine Technik, die in jüngster Zeit dabei immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Mehrträgerübertragung, die auch als "Discrete Multitone" (DMT) bekannt ist. Bei der Mehrträgerübertragung wird der zu übertragende Datenstrom in viele parallele Teilströme zerlegt, welche beispielsweise im Frequenzmultiplex unabhängig voneinander übertragen werden können. Charakteristisch für die Mehrträgerübertragung, die sich der Frequenzmultiplextechnik bedient, ist daher die Zerlegung des nutzbaren Frequenzbandes in viele schmalbandige Kanäle, die individuell genutzt werden können. Eine andere Möglichkeit, die aufgespaltenen parallelen Teilströme oder Teilraten eines Datenstroms zu übertragen, besteht darin, beispielsweise parallel geführte physikalische Verbindungen, wie z.B. Glasfaser, Kupferleitungen oder Funkverbindungen, zu benutzen. Das der Mehrträgerübertragung zugrunde liegende Grundkonzept besteht darin, die einzelnen Teilströme über die Kanäle zu übertragen, die am wenigsten durch Rauschen gestört sind. Dabei wird den weniger gestörten Kanälen eine größere Datenrate zugewiesen als denen, die stärker gestört sind. Die Anpassung der Teilrate an die Übertragungsqualität eines bestimmten Kanals kann durch Variation der Größe benutzter Signalkonstellationen erreicht werden, indem man beispielsweise verschieden große Konstellationen einer Quadraturamplitudenmodulation (QAM) verwendet. Wie bei jeder Nachrichtenübertragung besteht das Grundproblem darin, die Nachrichten mit der größtmöglichen Zuverlässigkeit zu einem Empfänger zu übertragen. Mit anderen Worten sollte die Bitfehlerwahrscheinlichkeit jedes Kanals, der zur Übertragung der Teilströme benutzt wird, minimal sein.On systems are known in the field of digital signal processing, that enable high-speed digital message transmission. A recent technique Time is becoming more and more important is multicarrier transmission, which is also called "Discrete Multitone "(DMT) is known. With multi-carrier transmission becomes the one to be transferred Data stream broken down into many parallel sub-streams, which, for example, in Frequency division multiplex independent transferred from each other can be. Characteristic of the multi-carrier transmission, which uses frequency division multiplexing is therefore the decomposition of the usable frequency band in many narrowband channels can be used individually. Another way that split parallel partial streams or partial rates of a data stream transferred to, consists, for example, of physical connections running in parallel, such as. To use fiber, copper lines or radio connections. That of multi-carrier transmission the basic concept is based on the individual partial flows over the channels transferred to, least disturbed by noise. The less disturbed channels a larger data rate assigned to those who are stronger disturbed are. The adaptation of the partial rate to the transmission quality of a certain channel can be varied by varying the size of the signal constellations used can be achieved, for example, by constellations of different sizes quadrature amplitude modulation (QAM). As with everyone messaging The basic problem is to get the news as large as possible reliability to transmit to a recipient. In other words, the bit error probability should be any Channel that is used for transmission of the partial flows is used to be minimal.

In dem Aufsatz "Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", erschienen im IEEE Communications Magazine, Seiten 5–14, 1990, beschreibt J. A. C. Bingham den sogenannten "Hughes-Hartogs Algorithmus", mit dem eine geeignete Raten- und Leistungsaufteilung des Datenstroms auf ausgesuchte Kanäle ermöglicht wird. Im ersten Schritt werden die mittleren Rauschleistungen in den einzelnen Kanälen geschätzt. Danach wird für jeden Kanal diejenige Sendeleistung bestimmt, die notwendig ist, um eine Rate von R bit/Symbol bei einer vorgegebenen Fehlerwahrscheinlichkeit zu übertragen. Danach werden die Binärsymbole eines vorgegebenen Symbolvorrats sukzessive auf die ausgesuchten Kanäle verteilt, bis die Zielbitrate R_T erreicht ist. Zur Übertragung der Teilraten eines Datenstroms werden die Kanäle ausgesucht, die für die Übermittlung eines zusätzlichen Binärsymbols die geringste zusätzliche Leistung benötigen, um eine gewünschte Störsicherheit zu liefern. Der bekannte Hughes-Hartogs-Algorithmus zeichnet sich dadurch aus, daß die Sendeleistung in effizienter Weise jedem ausgesuchten Kanal zugeteilt werden kann. Der große Nachteil ist jedoch darin zu sehen, daß die Suche nach den geeigneten Kanälen sowie die Berechnung der Teilsendeleistung für jeden Kanal extrem rechenaufwendig ist. Insbesondere bei Systemen zur hochratigen digitalen Nachrichtenübertragung erscheint dieser Algorithmus als ungeeignet, da eine schnelle und leistungsfähige Hardware-Implementierung derzeit nicht möglich ist.In the essay "Multicarrier Modulation for Data Transmission: An Idea Whose Time Has Come", published in IEEE Communications Magazine, pages 5–14, 1990, JAC Bingham describes the so-called "Hughes-Hartogs Algorithm", with which a suitable rate and Power distribution of the data stream to selected channels is made possible. In the first step, the average noise power in the individual channels is estimated. After that, the transmission power is determined for each channel that is necessary to transmit a rate of R bit / symbol for a given probability of error. Then the binary symbols of a given symbol set are successively distributed to the selected channels until the target bit rate R _{T is} reached. In order to transmit the partial rates of a data stream, the channels are selected which require the least additional power for the transmission of an additional binary symbol in order to provide the desired interference immunity. The well-known Hughes-Hartogs algorithm is characterized by the fact that the transmission power can be efficiently allocated to each selected channel. The major disadvantage, however, is the fact that the search for suitable channels and the calculation of the partial transmission power for each channel are extremely computationally complex. This algorithm appears to be unsuitable, particularly in systems for high-rate digital message transmission, since a fast and powerful hardware implementation is currently not possible.

In dem Aufsatz "A Practical Discrete Multitone Transceiver Loading Algorithm for Data Transmission over Spectrally Shaped Channels", erschienen in IEEE Transactions on Communications, 43: Seiten 773–775, Februar/März/April 1995, offenbaren P. S. Chow, J. M. Cioffi und J. A. C. Bingam einen Algorithmus, der die aufwendige und rechenintensive Suche nach geeigneten Kanälen für die Übertragung von Teilraten eines Datenstroms umgeht. Dies erreicht der bekannte Algorithmus dadurch, daß die für die einzelnen Kanäle zu übertragenden Teilraten auf der Grundlage einer optimalen Ausnutzung der Kanalkapazität, verteilt werden. Der bekannte Algorithmus wählt als Teilrate R_i im i-ten Kanal Ri = log2(1 + Si/(Ni·Γ)),wobei S_i die mittlere Sendeleistung im i-ten Kanal bezeichnet, die zunächst für alle ausgewählten Kanäle identisch ist, N_i die mittlere Rauschleistung im i-ten Kanal darstellt und Γ ein positiver Parameter ist, der iterativ eingestellt wird, bis die Gesamtrate Σ_iR_i gleich der gewünschten Zielbitrate R_T ist. Die Teilraten werden auf ganzzahlige Werte gerundet. In einem weiteren Schritt wird die Gesamtsendeleistung so auf die ausgewählten Kanäle aufgeteilt, daß alle Kanäle die gleiche Fehlerrate aufweisen. Durch die Anpassung der Teilsendeleistungen werden die Auswirkungen der Ratenquantisierung, die beim Runden der zuvor berechneten Raten R_i auf ganzzahlige Werte auftreten, kompensiert. Diesem Verfahren haftet der wesentliche Nachteil an, daß die Verteilung der Raten auf die einzelnen Kanäle auf der Grundlage der Kanalkapazität erfolgt. Denn bei der Entwicklung eines digitalen Übertragungssystems ist häufig nicht die optimale Ausnutzung der Kanalkapazität das eigentliche Ziel, sondern mit einer konstanten Gesamtsendeleistung eine vorgegebene, feste Rate zu übertragen, die in optimaler Weise auf mehrere ausgewählte Kanäle aufgeteilt werden soll. Darüber hinaus sind die Raten und Sendeleistungen miteinander gekoppelt, so daß keine weiteren Optimierungsmöglichkeiten bestehen.In the article "A Practical Discrete Multitone Transceiver Loading Algorithm for Data Transmission over Spectrally Shaped Channels", published in IEEE Transactions on Communications, 43: pages 773-775, February / March / April 1995, PS Chow, JM Cioffi and JAC Bingam disclose an algorithm that avoids the time-consuming and computationally intensive search for suitable channels for the transmission of partial rates of a data stream. The known algorithm achieves this by distributing the partial rates to be transmitted for the individual channels on the basis of an optimal utilization of the channel capacity. The known algorithm chooses R _i in the i-th channel as the partial rate R i = log 2 (1 + p i / (N i · Γ)) where S _i denotes the mean transmission power in the i-th channel, which is initially identical for all selected channels, N _{i represents} the mean noise power in the i-th channel and Γ is a positive parameter that is set iteratively until the total rate Σ _i R _{i is} equal to the desired target bit rate R _T. The partial rates are rounded to whole numbers. In a further step, the total transmission power is distributed over the selected channels so that all channels have the same error rate. The effects of rate quantization, which occur when rounding the previously calculated rates R _i to integer values, are compensated for by adapting the partial transmission powers. The main disadvantage of this method is that the distribution of the rates among the individual channels is based on the channel capacity. Because in the development The goal of a digital transmission system is often not the optimal utilization of the channel capacity, but rather to transmit a predetermined, fixed rate with a constant total transmission power, which is to be distributed in an optimal manner to several selected channels. In addition, the rates and transmission powers are coupled to one another, so that there are no further optimization options.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren verfügbar zu machen, das eine optimale Aufteilung der Gesamtleistung und Gesamtrate eines zu übertragenden Datenstroms auf ausgesuchte Kanäle ermöglicht und den dazu erforderlichen Rechenaufwand für eine entsprechende Hardware-Realisierung gleichzeitig deutlich verringern kann.The The invention is therefore based on the object of making a method available make that an optimal distribution of total performance and overall rate one to be transferred Data stream on selected channels allows and the computing effort required for a corresponding hardware implementation at the same time can significantly decrease.

Dieses technische Problem löst die Erfindung durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1. Vorteilhafte Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen angegeben.This solves technical problem the invention by the method steps of claim 1. Advantageous Process steps are specified in the subclaims.

Der der Erfindung zugrunde liegende Grundgedanke besteht darin, die Gesamtrate und die Gesamtsendeleistung eines zu übertragenden Datenstroms derart auf ausgesuchte Kanäle aufzuteilen, daß der Datenstrom mit einer minimalen Bitfehlerwahrscheinlichkeit übertragen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Symbolfehlerrate minimiert bzw. der minimale quadratische Euklidische Abstand (bezogen auf die mittlere Rauschleistung zwischen zwei Signalpunkten einer vorgegebenen Signalkonstellation, die z. B. in einem QRM-Diagramm dargestellt werden kann, im Empfänger maximiert wird. Sind die Rauschvarianzen, die auch als mittlere Rauschleistungen bezeichnet werden, aller Kanäle und die zur Übertragung des Datenstroms erforderliche Gesamtsendeleistung bekannt, kann die über den i-ten Kanal zu übertragende Teilrate berechnet werden. Dazu muß das Signal-zu Rausch-Verhältnis, das durch den Quotienten aus dem minimalen quadratischen Abstand eines Signalpunkts von der Entscheidungsschwelle und der mittleren Rauschleistung in dem i-ten Kanal definiert ist, maximiert werden. Demzufolge kann die über den i-ten Kanal übertragbare Teilrate R_i nach der Gleichung

berechnet werden, wobei R_i die Teilrate im i-ten Kanal, N_i die mittlere Rauschleistung im i-ten Kanal und D' die Anzahl benutzter Kanäle einer Kanalgruppe vorgegebener Größe ist. Bei der Berechnung der Teilraten scheiden für das weitere Verfahren all die Kanäle aus, deren zuvor berechnete Teilraten kleiner oder gleich Null sind. Danach werden die Teilraten der übriggebliebenen Kanäle derart auf ganzzahlige werte R_i _q gerundet, daß Σ R_iq = R_T. Schließlich wird die Gesamtsendeleistung S_T auf alle übriggebliebenen Kanäle derart aufgeteilt, daß sich in jedem Kanal dieselbe Bitfehlerrate einstellt.The basic idea underlying the invention is to divide the total rate and the total transmission power of a data stream to be transmitted into selected channels in such a way that the data stream can be transmitted with a minimal bit error probability. This is achieved by minimizing the symbol error rate or maximizing the minimum square Euclidean distance (based on the mean noise power between two signal points of a given signal constellation, which can be represented, for example, in a QRM diagram) in the receiver Noise variances, which are also known as mean noise powers, of all channels and the total transmission power required for the transmission of the data stream, the partial rate to be transmitted via the i-th channel can be calculated, using the signal-to-noise ratio determined by the quotient from the minimum squared distance of a signal point from the decision threshold and the average noise power in the i-th channel can be maximized. Accordingly, the partial rate R _{i that} can be transmitted via the i-th channel can be calculated according to the equation

are calculated, where R _{i is} the partial rate in the i-th channel, N _{i is} the mean noise power in the i-th channel and D 'is the number of channels used in a channel group of a predetermined size. When calculating the partial rates, all channels whose previously calculated partial rates are less than or equal to zero are eliminated for the further procedure. Then the partial rates of the remaining channels are rounded to integer values R _i _q such that Σ R _iq = R _T. Finally, the total transmission power S _{T is distributed} over all the remaining channels in such a way that the same bit error rate arises in each channel.

Die Aufteilung der Gesamtrate und der Gesamtsendeleistung auf ausgewählte Kanäle kann weiter optimiert werden, indem die Gleichung (1) zur Berechnung der Teilraten iterativ wiederholt wird, bis alle Teilraten positiv sind. Die Anzahl D' benutzter Kanäle wird zunächst auf D, d.i. die Gesamtzahl der zu der Kanalgruppe gehörenden Kanäle, gesetzt und in jedem folgenden Iterationsschritt um die Anzahl der Kanäle verringert wird, deren Teilraten, die in dem vorhergehenden Iterationsschritt berechnet worden sind, kleiner oder gleich Null sind.The Allocation of the total rate and the total transmission power to selected channels can can be further optimized by using equation (1) for calculation the sub-rates are repeated iteratively until all sub-rates are positive are. The number D 'used channels will first on D, d.i. the total number of channels belonging to the channel group and reduced by the number of channels in each subsequent iteration step whose sub-rates that were used in the previous iteration step have been calculated to be less than or equal to zero.

Zweckmäßigerweise erfolgt das Runden der positiven Teilraten dadurch, daß jede positive Teilrate zu einem ganzzahligen Wert R_iq auf- oder abgerundet und die zugehörige Differenz ΔR_i = R_i – R_i _q bestimmt und gespeichert wird. Anschließend wird die Summe aller gerundeten Teilraten gebildet und geprüft, ob die Summe größer ist als die Gesamtrate R_T. Ist die Summe größer, wird die Teilrate des Kanals, für den ΔR_i minimal ist, dekrementiert. Dieser Schritt wird so lange wiederholt, bis die Gesamtrate R_T erreicht ist. Ist allerdings die Summe aller gerundeten Teilraten kleiner als die Gesamtrate R_T, dann wird die Teilrate des Kanals, für den ΔR_i maximal ist, inkrementiert. Dieser Schritt wird wiederum so lange wiederholt, bis die Gesamtrate R_T erreicht ist.The rounding of the positive partial rates expediently takes place in that each positive partial rate is rounded up or down to an integer value R _iq and the associated difference ΔR _i = R _i - R _i _{q is} determined and stored. The sum of all rounded partial rates is then formed and it is checked whether the sum is greater than the total rate R _T. If the sum is larger, the partial rate of the channel for which ΔR _{i is} minimal is decremented. This step is repeated until the total rate R _{T is} reached. If, however, the sum of all rounded partial rates is smaller than the total rate R _T , then the partial rate of the channel for which ΔR _{i is} maximum is incremented. This step is repeated again until the total rate R _{T is} reached.

Um den Rechenaufwand noch weiter zu verringern, werden vor der Berechnung der Teilraten R_i nach Gleichung (1) der Logarithmus der mittleren Rauschleistung für jeden Kanal vorab berechnet und in eindeutiger Zuordnung gespeichert. In diesem Fall müssen dann nur noch einfach zu realisierende Additions- und Divisionsschritte von einer entsprechenden Hardware-Implementierung ausgeführt werden. Die Gleichung (1) ist dazu in die Gleichung

umzurechnen.In order to reduce the computational effort even further, the logarithm of the average noise power for each channel is calculated in advance and stored in a clear assignment before the calculation of the partial rates R _i according to equation (1). In this case, it is then only necessary to carry out addition and division steps that are easy to implement by a corresponding hardware implementation. Equation (1) is included in the equation

convert.

Aus praktischen Gesichtspunkten wird die über einen Kanal zu übertragende Teilrate auf einen maximalen Wert R_max begrenzt. Die maximale Teilrate kann beispielsweise 10 bit/Symbol betragen. Jede berechnete Teilrate, die größer als dieser maximale Wert ist, wird auf diese maximale Teilrate gesetzt.From a practical point of view, the partial rate to be transmitted via a channel is limited to a maximum value R _max . The maximum partial rate can be, for example, 10 bits / symbol. Any calculated partial rate that is greater than this maximum value is set to this maximum partial rate.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail with the accompanying drawings. Show it:

1 das Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 the flow diagram of the method according to the invention and

2 ein Diagramm, in dem die Signal-Geräusch-Verhältnissse über der Kabellänge mit der maximalen Teilrate als Parameter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu dem bekannten Verfahren nach Chow et al. aufgetragen sind. 2 a diagram in which the signal-to-noise ratio over the cable length with the maximum partial rate as a parameter according to the inventive method compared to the known method according to Chow et al. are applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufteilen der Gesamtrate R_T und der Gesamtsendeleistung S_T eines Datenstroms auf mehrere Kanäle einer Kanalgruppe vorbestimmter Größe kann man am besten anhand der 1 verfolgen. Das in 1 dargestellte Flußdiagramm zeigt eine Möglichkeit, die Gesamtrate R_T eines Datenstroms optimal auf eine entsprechende Anzahl geeigneter Kanäle zu verteilen. Es sei angenommen, daß die Signalpunkte, für die die minimale quadratische Euklidische Distanz (bezogen auf die mittlere Rauschleistung) zu maximieren ist, beispielsweise aus einem QAM-Symbolvorrat stammen. Das Ziel des Verfahrens besteht darin, aus einer Gruppe von D Kanälen diejenigen Kanäle zu finden, über die die Gesamtrate R_T eines zu übertragenden Datenstroms mit einer möglichst kleinen Bitfehlerwahrscheinlichkeit übertragen werden können. Im ersten Schritt, der in 1 durch die Blöcke 10, 20, 30 und 40 dargestellt ist, wird zunächst die Rauschvarianz, auch mittlere Rauschleistung N_i genannt, in jedem der D Kanäle berechnet. Darüber hinaus ist natürlich die Gesamtrate der R_T des zu übertragenden Datenstroms sowie die aufgrund praktischer Gesichtspunkte festgelegte maximale Teilrate R_max bekannt. Bevor die einzelnen Teilraten berechnet werden, wird zunächst der Logarithmus der mittleren Rauschleistung für jeden der D Kanäle berechnet und abgespeichert. Auf diese Weise kann der Rechenaufwand erheblich verringert werden, da nachfolgend lediglich nur noch einfach Additions- und Divisionsschritte ausgeführt werden müssen. Der in den Blöcken 10, 20, 30 und 40 dargestellten Initialisierungsschritt wird abgeschlossen, indem die Anzahl D' benutzter Kanäle anfänglich auf D gesetzt wird, wie dies in Block 40 dargestellt ist. Im nächsten Schritt, der durch den Block 50 dargestellt ist, wird eine Schleifenvariable i, die Werte von 0 bis D annimmt, anfänglich auf Null gesetzt. Der Prozeß zur Berechnung der Teilraten für jeden Kanal i tritt in Block 55 in eine Schleife ein, die solange durchlaufen wird, bis die Teilraten für alle D' Kanäle berechnet worden sind. Der erste Zyklus umfaßt somit genau D Schleifendurchläufe. Ergibt die Abfrage in Block 55, daß i gleich D' ist, d.h. die Teilraten aller Kanäle sind berechnet worden, verzweigt der Prozeß zu Block 86. Doch zunächst sei angenommen, daß die Entscheidung in Black 55 ja ist. Demzufolge wird in Block 60 die Teilrate für den aktuellen Kanal nach Gleichung (2) berechnet. Im Entscheidungsblock 65 erfolgt die Abfrage, ob die berechnete Teilrate-kleiner oder gleich Null ist. Ist die berechnete Teilrate größer Null, verzweigt der Prozeß sofort zu Block 80, in dem die Schleifenvariable um 1 inkrementiert wird, und tritt bei Block 55 danach in den nächsten Schleifendurchlauf ein. Ist dagegen die Antwort in Block 64 positiv, scheidet der aktuelle Kanal aus und wird nicht mehr weiter berücksichtigt, wie dies in Block 70 angedeutet ist. Die Summenvariable ΔD und die Schleifenvariable i werden anschließend um 1 inkrementiert. Nachdem im ersten Zyklus die Teilraten aller D Kanäle berechnet worden sind, verzweigt, wie bereits erwähnt, der Prozeß zu Block 85. In Block 85 wird festgestellt, ob wenigstens ein Kanal mit einer Teilrate kleiner oder gleich Null berechnet worden ist. Wurde eine Teilrate kleiner oder gleich Null berechnet, verzweigt der Prozeß zu Block 90, in dem die Anzahl D' um die in Block 75 während des ersten Zyklus akkumulierten Summenvariable ΔD verringert wird. Mit dem neu berechneten Wert D' wird der zweite Zyklus, der nunmehr D' = D' – ΔD Schleifendurchläufe umfaßt, in Block 50 fortgesetzt. Es werden so viele Zyklen mit jeweils verringerter Schleifenanzahl durchlaufen, bis nur noch Kanäle mit positiven Teilraten übriggeblieben sind. In diesem Fall ist am Ende des letzten Zyklus die Summenvariable ΔD gleich Null und der Prozeß verzweigt in Block 85 zu Block 110. In Block 110 werden alle positiven Teilraten quantisiert oder gerundet, die Rundungsfehler bestimmt und abgespeichert. Die Quantisierungskennlinie QUANT (R_iq) ist dabei durch die Gleichung

gegeben.The method according to the invention for dividing the total rate R _T and the total transmission power S _{T of} a data stream over several channels of a channel group of a predetermined size can best be seen from the 1 follow. This in 1 The flow diagram shown shows a possibility of optimally distributing the total rate R _{T of} a data stream over a corresponding number of suitable channels. It is assumed that the signal points for which the minimum square Euclidean distance (based on the mean noise power) is to be maximized originate, for example, from a QAM symbol set. The aim of the method is to find from a group of D channels those channels via which the total rate R _{T of} a data stream to be transmitted can be transmitted with the least possible bit error probability. In the first step, the in 1 through the blocks 10 . 20 . 30 and 40 is shown, the noise variance, also called mean noise power N _i , is first calculated in each of the D channels. In addition, the total rate of the R _{T of} the data stream to be transmitted and the maximum partial rate R _max determined on the basis of practical considerations are of course known. Before the individual partial rates are calculated, the logarithm of the average noise power for each of the D channels is first calculated and stored. In this way, the computational effort can be reduced considerably, since subsequently only simple addition and division steps have to be carried out. The one in the blocks 10 . 20 . 30 and 40 initialization step shown is completed by initially setting the number D 'used channels to D, as in block 40 is shown. The next step is through the block 50 is shown, a loop variable i, which takes values from 0 to D, is initially set to zero. The process of calculating the sub-rates for each channel i enters block 55 in a loop which is run through until the sub-rates have been calculated for all D 'channels. The first cycle thus comprises exactly D loop passes. Returns the query in block 55 that i is equal to D ', ie the partial rates of all channels have been calculated, the process branches to block 86 , But first let's assume that the decision is in Black 55 yes is. Accordingly, in block 60 the sub-rate for the current channel is calculated according to equation (2). In the decision block 65 there is a query as to whether the calculated partial rate is less than or equal to zero. If the calculated partial rate is greater than zero, the process branches immediately to block 80 , in which the loop variable is incremented by 1, and occurs at block 55 then in the next loop pass. On the other hand, the answer is in block 64 positive, the current channel is eliminated and is no longer taken into account, as in block 70 is indicated. The sum variable ΔD and the loop variable i are then incremented by 1. After the partial rates of all D channels have been calculated in the first cycle, the process branches to block, as already mentioned 85 , In block 85 it is determined whether at least one channel with a partial rate less than or equal to zero has been calculated. If a partial rate less than or equal to zero was calculated, the process branches to block 90 , in which the number D 'by the in block 75 sum variable ΔD accumulated during the first cycle is reduced. With the newly calculated value D ', the second cycle, which now comprises D' = D '- ΔD loop passes, is blocked 50 continued. So many cycles with a reduced number of loops are run through until only channels with positive sub-rates are left. In this case, the sum variable ΔD is zero at the end of the last cycle and the process branches into block 85 to block 110 , In block 110 all positive partial rates are quantized or rounded, the rounding errors are determined and saved. The quantization characteristic QUANT (R _iq ) is given by the equation

given.

Im Entscheidungsblock 120 wird die Summe aller gerundeten Teilraten gebildet und die Entscheidung getroffen, ob die Summe gleich der Gesamtrate R_T ist. Sofern die Summe der Gesamtrate R_T entspricht, wird der Prozeß in Block 130 beendet. Die Gesamtsendeleistung kann nunmehr derart auf die ermittelten D' Kanäle verteilt werden, daß sich in jedem Kanal die gleiche Bitfehlerrate einstellt. Das Ergebnis ist daher eine Anzahl D' benutzter Kanäle, auf die die Gesamtrate R_T des zu übertragenden Datenstroms optimal aufgeteilt werden kann, und zwar auf der Grundlage des minimalen quadratischen Euklidischen Abstands (bezogen auf die mittlere Rauschleistung) zwischen zwei Signalpunkten, die beispielsweise in dem QAM-Diagramm dargestellt werden können. Ergibt die Entscheidung in Block 120, daß die Summe nicht gleich der Gesamtrate R_T ist, erfolgt in Block 140 eine weitere Abfrage, ob die Summe aller Teilraten größer als die Gesamtrate ist. Ist das Ergebnis ja, wird in Block 150 die Teilrate desjenigen Kanals erniedrigt, für den der kleinste Quantisierungsfehler berechnet worden ist. Schritt 150 wird so lange ausgeführt, bis die Gesamtrate R_T erreicht worden ist (s. Block 170). Anschließend wird der Prozeß in Block 130 beendet. Ergibt die Abfrage im Entscheidungsblock 140, daß die Summe kleiner als die Gesamtrate R_T ist, wird die Teilrate des Kanals, der den größten Quantisierungsfehler besitzt, inkrementiert. Dieser Schritt wird in Block 160 so lange wiederholt, bis die Gesamtrate R_T erreicht ist. Der Prozeß wird danach ebenfalls beendet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch abgeschlossen, daß die Gesamtsendeleistung auf die gefundenen D' Kanäle derart verteilt wird, daß in jedem Kanal die gleiche Bitfehlerrate auftritt.In the decision block 120 the sum of all rounded partial rates is formed and the decision is made as to whether the sum is equal to the total rate R _T. If the sum corresponds to the total rate R _T , the process is in block 130 completed. The total transmission power can now be distributed over the determined D 'channels in such a way that the same bit error rate occurs in each channel. The result is therefore a number D 'of channels used, on which the total rate R _{T of} the data stream to be transmitted can be optimally divided, based on the minimum quadratic Euclidean distance (based on the mean noise power) between two signal points, which are shown e.g. in can be displayed on the QAM diagram. Returns the decision in block 120 in block that the sum is not equal to the total rate R _T 140 a further query as to whether the sum of all partial rates is greater than the total rate. If the result is yes, the block 150 lowers the sub-rate of the channel for which the smallest quantization error has been calculated. step 150 is carried out until the total rate R _T has been reached (see block 170 ). Then the process is in block 130 completed. Returns the query in the decision block 140 that the sum is less than the total rate R _T , the sub-rate of the channel that has the largest quantization error is incremented. This step is in block 160 repeated until the total rate R _{T is} reached. The process is then also ended. The method according to the invention is completed in that the total transmission power is distributed over the D 'channels found in such a way that the same bit error rate occurs in each channel.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert nicht nur eine bessere Kanaloptimierung sondern implizit somit auch eine verbesserte Bandbreitenoptimierung, da nur die vorher berechneten benutzten Kanäle das Frequenzband belegen. Darüber hinaus zeichnet sich das Verfahren durch einen deutlich geringeren Rechenaufwand aus. Da bei der Berechnung der Gesamtrate nur die Logarithmen der mittleren Rauschleistungen benötigt werden, fallen im Gegensatz zum Algorithmus nach Chow et al. lediglich D Logarithmus-Operationen an. Während der Iteration sind daher ausschließlich einfache Additions- und Divisionsschritte auszuführen. Die Potenzierung mit reellen Exponenten entfällt gänzlich.The inventive method not only provides better channel optimization but implicit thus also an improved bandwidth optimization, since only those before calculated channels used occupy the frequency band. About that in addition, the process is characterized by a significantly lower one Computing effort. Because only the In contrast, logarithms of the mean noise power requirements are required on the algorithm according to Chow et al. only D log operations. During the Iterations are therefore exclusive perform simple addition and division steps. The exponentiation with real exponent is omitted altogether.

In 2 ist der mittlere quadratische Abstand von der Entscheidungsschwelle (im logarithmischen Maßstab) bezogen auf die Rauschvarianz SNR_o über der Kabellänge l gemäß der Erfindung im Vergleich mit den entsprechenden Resultaten gemäß dem Verfahren nach Chow et al. aufgetragen. Die Kurven wurden für eine 2,048 Mbit/s-Übertragung über symmetrische Leitungen mit einem Leiterdurchmesser von 0,4 mm aufgenommen. Eine Gesamtrate R_T von 1024 bit/Symbol wurde auf 256 Teilkanäle aufgeteilt. 2 zeigt das erreichbare Signal-Geräusch-Verhältnis, das ein Maß für die Störsicherheit darstellt. Als Parameter ist die maximale Teilrate R_max aufgetragen, die auf 6, 10 bzw. unendlich gesetzt worden ist. Die durchgezogenen Kurven wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und die strichpunktierten Kurven nach dem bekannten Verfahren von Chow et al. ermittelt. Ein Vergleich der dargestellten Kurven zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in allen Bereichen der Methode nach Chow et al. überlegen oder zumindest gleichwertig ist. Noch einmal sei betont, daß das erfindungsgemäße Verfahren deutlich bessere, zumindest aber gleichwertige Ergebnisse im Vergleich zum Chow-Verfahren hervorbringt, während gleichzeitig der dazu erforderliche Rechenaufwand deutlich verringert werden konnte.In 2 is the mean square distance from the decision threshold (on a logarithmic scale) based on the noise variance SNR _o over the cable length l according to the invention in comparison with the corresponding results according to the method according to Chow et al. applied. The curves were recorded for a 2.048 Mbit / s transmission over symmetrical lines with a conductor diameter of 0.4 mm. A total rate R _T of 1024 bit / symbol was divided into 256 subchannels. 2 shows the achievable signal-to-noise ratio, which is a measure of the interference immunity. The maximum partial rate R _max , which has been set to 6, 10 or infinity, is plotted as a parameter. The solid curves were according to the method according to the invention and the dash-dotted curves according to the known method by Chow et al. determined. A comparison of the curves shown shows that the inventive method in all areas of the Chow et al. is superior or at least equivalent. Once again, it should be emphasized that the method according to the invention produces significantly better, but at least equivalent results in comparison to the Chow method, while at the same time the computational effort required for this could be significantly reduced.

Claims

Method for dividing the total rate (R _T ) and the total transmission power (S _T ) of a data stream over several channels (D ') of a channel group of predetermined size (D), characterized by the following method steps: a) the average noise power (N _i ) in each channel is determined, b) the partial rate (R _i ) which can be transmitted via a channel is determined for each channel according to the equation

calculated, where R _{i is} the partial rate in the i-th channel, N _{l is} the average noise power in the 1-th channel, N _{i is} the average noise power in the i-th channel and D 'is the number of channels used in the channel group, c) all channels are no longer taken into account whose partial rates calculated in step b) are less than or equal to zero, d) the partial rates of the remaining channels in step c) are rounded to integer values (R _iq ) such that Σ R _i = R _T , e) the total transmission power S _T is distributed over all the channels that are left in step c) in such a way that the same bit error rate arises in each channel.

A method according to claim 1, characterized in that the Steps b) and c) are repeated iteratively until all partial rates are positive, the number D 'used channels first set to D and by the number in each subsequent iteration step of the channels is reduced, its sub-rates that in step c) of the previous Iteration steps have been calculated, less than or equal to zero are.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that step d) comprises the following steps: d1) each positive partial rate is rounded up or down to an integer value (R _i _q ) and the associated difference ΔR _i = R _i - R _iq determined and stored, d2) the sum of all rounded partial rates (Σ R _iq ) is formed, d3.1) if Σ R _i _q > R _T , the partial rate of the channel for which ΔR _{i is} minimal is decremented, d3.2 ) Step d3.1) is repeated until the total rate R _{T is} reached, d4.1) if Σ R _i _q <R _T , the partial rate of the channel for which ΔR _{i is} maximum is incremented d4.2) Step d4 .1) is repeated until the total rate R _{T is} reached.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the equation given in step b) into the equation

is rewritten and that in order to carry out step b) the logarithm of the mean noise power for each channel is calculated in advance and stored in a unique assignment.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the partial rates calculated in step 1.b) which are greater than a predetermined maximum partial rate (R _max ) are set to this maximum value.